Contribution à la modélisation et à la simulation numérique du découpage des métaux

par Vincent Lemiale

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur

Sous la direction de Philippe Picart.

Soutenue en 2004

à Besançon , en partenariat avec Université de Franche-Comté. UFR des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Éléments finis, Méthode des
• Métaux -- Rupture

Résumé

Le decoupage mecanique des metaux est un procede tres utilise dans l'industrie. Il permet notamment de realiser des composants de formes plus ou moins complexes dedies a l'industrie electronique. Cependant, il necessite le reglage et le controle de nombreux parametres. Or, le contexte industriel actuel rend les methodes fondees sur le savoir-faire des operateurs inadaptees. L'objet principal de cette these est donc de proposer un outil d'aide a la mise au point d'un decoupage par le biais de la simulation numerique. La modelisation repose sur une analyse mecanique complete du comportement materiel de la tole. La sensibilite du materiau a la vitesse de deformation et a la temperature est prise en compte par l'intermediaire d'un modele thermo-elasto-viscoplastique dans un cadre adiabatique. Les mecanismes d'endommagement et de rupture sont egalement pris en compte dans la modelisation. Un logiciel de simulation specifiquement dedie au decoupage a ete developpe. Il est base sur la methode des elements finis et repose sur une modelisation bi-dimensionnelle du procede. En parallele aux developpements numeriques, un dispositif experimental a ete concu et realise au cours de ces travaux, afin de valider les modeles mecaniques retenus. Les applications presentees dans ce memoire illustrent l'apport de la simulation numerique pour les entreprises specialisees.

Titre traduit

Contribution to modeling and numerical simulation of the blanking process

Résumé

Blanking is a widely used metal forming process in industry. Indeed, components dedicated to electronic applications are often manufactured with blanking. However, there are many parameters to adjust and control in such an operation. Nowadays, empirical rules and know-how of the operators are no longer sufficient. The aim of this thesis is thus to propose a numerical tool to help manufacturers in this task. Modeling is based on a full mechanical analysis of the material behaviour of the sheet metal part. Strain rates and thermal sensitivities of the material are taken into account by means of a thermo-elasto-viscoplastic model in an adiabatic context. Damage and fracture are also incorporated into the modeling. A simulation software dedicated to blanking has been developed, based on the finite element method where blanking is simulated with a two-dimensional model. Moreover, an experimental device has been designed and manufactured during this study in order to validate the mechanical models. Some practical applications are also presented in this document to illustrate how numerical simulation can be helpful for designers and manufacturers.